冬ssh期朝冬污染物最佳傾角的研究

冬ssh期朝冬污染物最佳傾角的研究

在太陽能的應(yīng)用中，為了獲得最佳傾斜，通常會傾斜并配置。因此，選擇最佳傾斜角是太陽能設(shè)計方法的關(guān)鍵之一。由于不同的應(yīng)用，最佳傾斜角的概念是不同的。在獨立的波形發(fā)射系統(tǒng)中，由于鄧鄧波的電壓電阻狀態(tài)和其他因素的限制，我們必須充分考慮波形矩陣中太陽輻射的連續(xù)性、均勻性和高度性。對于許多太陽熱利用或并網(wǎng)照明發(fā)電系統(tǒng)，通常需要每年獲得最大的日照時間。在這項工作中，我們必須選擇傾斜面接收到的最大日照時間。一般氣象臺站提供的只是水平面上的太陽輻射資料,需要通過比較復(fù)雜的計算來確定傾斜面上的太陽輻射量.本文在計算天空散射輻射量時采用了Hay模型,經(jīng)過推導(dǎo),得到了朝向赤道傾斜面冬半年最佳傾角的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并對我國一些地區(qū)朝向或偏離赤道傾斜面的最佳傾角進(jìn)行了計算和分析.1最佳傾角朝赤躍面1.1重散射輻射量與大氣外輻射的關(guān)系確定朝向赤道傾斜面上的太陽輻射量,通常采用Klein的計算方法:傾斜面上的太陽輻射總量HT由直接太陽輻射量Hbt、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt三部分所組成,并認(rèn)為天空散射輻射量是均勻分布的.然而這種各向同性的假設(shè)是很不恰當(dāng)?shù)?顯然,在北半球,南面的天空散射輻射要比北面大.Koronakis指出,6月份南面的天空散射輻射量平均要占63%,在南半球則正好相反.為此,Bugler主張將各向同性的直接輻射量增加5%,Cohen提出將觀測的總輻射量與大氣層外相應(yīng)量的比值加一經(jīng)驗修正量,Ineichen認(rèn)為散射輻射量至少等于直接輻射量的6%.此外,Hay、Klucher、Perez等也分別提出了天空散射各向異性模型的計算方法.Jain等分析認(rèn)定Hay模型較為簡明實用.Hay模型認(rèn)為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽光盤的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量兩部分組成,可表達(dá)為Ηdt=Ηd[ΗbΗoRb+12(1-ΗbΗo)(1+cosβ)](1)式中:Hb和Hd分別為水平面上直接和散射輻射量;Rb為傾斜面與水平面上直接輻射量之比,Ho為大氣層外水平面上太陽輻射量;β為傾角.這樣,求傾斜面上太陽輻射量的公式可改為HT=HbRb+HdΗbΗoRb+12(1-ΗbΗo)(1+cosβ)+12ρΗ(1-cosβ)(2)式中:H為水平面上總輻射量;ρ為地物表面反射率.一般情況下,最后一項地面反射輻射量很小,只占HT的百分之幾.1.2opt的計算過程要直接從式(2)求出對應(yīng)于最大太陽輻射量傾角的數(shù)學(xué)表達(dá)式相當(dāng)困難,分析條件可知,在9月20日至次年3月20日的“冬半年”中,太陽赤緯為負(fù)值.如當(dāng)?shù)鼐暥葹棣?通?？傆?φ-β)<φ,因此傾斜面上日出時角ωst和水平面上日出時角ωs相等,ωst=ωs.這時可以直接推導(dǎo)出最佳傾角的數(shù)學(xué)表達(dá)式.將式(2)改寫為ΗΤ=(Ηb+ΗdΗbΗo)Rb+Ηd2Ηo(Ηo-Ηb)×(1+cosβ)+12ρΗ(1-cosβ)(3)對于確定的地點,其太陽輻射量及地面反射率等均為常量,可將HT對β求導(dǎo),并令dHT/dβ=0,可得dRbdβ=sinβ2(1+Ηd/Ηo)Ηb×[ΗdΗo(Ηo-Ηb)-ρΗ](4)同時由Rb對β求導(dǎo),可得dRbdβ=sinβ[(sinφcotβ-cosφ)cosδsinωs-π180ωs(sinφ+cosφcotβ)sinδ]×(cosφcosδsinωs+π180sinφsinδ)-1(5)考慮到水平面上太陽輻射總量Η=Ηb+Ηd(6)將cosωs=-tanφtanδ代入式(5),整理后可得βopt=arctan[2ΗbΗ+2ΗbΗo(1-ΗbΗ)ΗbΗ+ΗbΗo(1-ΗbΗ)+(1-ρ)×tan2φtanωs+π180ωstanφ(tanωs-π180ωs)](7)當(dāng)Hb/H=0,即直接輻射量為零時,如果根據(jù)天空散射量各向同性的特性,應(yīng)有βopt=0.而由式(7)可知,此時βopt≠0,這正是天空散射輻射量各向異性模型所要得到的結(jié)果.對于“夏半年”,ωst≠ωs,由于計算復(fù)雜,很難得出簡明的數(shù)學(xué)關(guān)系式.然而,實際計算表明,在“夏半年”的多數(shù)月份,βopt往往接近于零,甚至為負(fù)值,所以由式(7)直接計算βopt有其實用價值.由上可知,βopt除了取決于緯度及月份外,還與當(dāng)?shù)靥栞椛淞康姆植记闆r等因素有關(guān),實際上也可以編制計算機程序來進(jìn)行計算.圖1顯示了我國一些地區(qū)在不同β時HT變化的關(guān)系曲線.可以看出,隨著β的變大,HT也在增加,但有個最大值,然后逐漸下降,最大值所對應(yīng)的角度即為βopt.對我國主要城市進(jìn)行了計算,發(fā)現(xiàn)除了Hb/H較大的青藏高原(如拉薩等)及個別地區(qū)以外,一般βopt總小于當(dāng)?shù)鼐暥圈?Hb/H比例越小的,φ與βopt之差越大,有的可達(dá)10°～20°(如成都等).表1列出了部分地區(qū)的全年βopt(實際應(yīng)用時,傾角單位精確到整數(shù)度已足夠)及各月份平均日輻射量.以上討論的βopt是全年平均接收到最大輻射量所對應(yīng)的角度.在有些情況下,需要在某個月份得到最大輻射量,顯然也可以用同樣的計算方法得出結(jié)果.在冬天,最佳傾角較大;夏天最佳傾角較小,有的甚至為負(fù)值.需要時可以據(jù)此每月調(diào)整傾角,以得到最大的太陽輻射量.2[sarccos]朝向赤道的傾斜面上能接收到較多的太陽輻射量.然而,在有些情況下,可能受到地形、地物等條件的限制,無法正對赤道安裝.對于偏離赤道的傾斜面上太陽輻射量的計算,普遍采用Klein推導(dǎo),后經(jīng)修正的計算方法,其中Rb=[π180(ωss-ωsr)sinδ(sinφcosβ-cosφsinβcosγ)+cosδ(sinωss-sinωsr)×(cosφcosβ+sinφsinβcosγ)+(cosωss-cosωsr)cosδsinβsinγ]×2cosφcosδsinωs+π180sinφsinδ-1(8)式中:γ為方位角,正南方為0,偏東為負(fù)值,偏西為正值;ωsr和ωss分別為傾斜面上日出和日落時角,由下式確定:ωsr=-min{ωsarccos(AB±√A2-B2+1A2+1)ωss=min{ωsarccos(AB±√A2-B2+1A2+1)}(9)如γ<0,式中ωsr括號內(nèi)AB后取正號,ωss括號內(nèi)AB后取負(fù)號;γ>0則相反.其中:A=cosφsinγtanβ+sinφtanγB=tanδ(cosφtanγ-sinφsinγtanβ)}(10)然而,應(yīng)用式(9)、(10)卻有明顯的問題,當(dāng)β=0或γ=0時,A和B均為無窮大,出現(xiàn)奇點,無法求出日出和日落時角.而且γ不論正負(fù)值,代入的結(jié)果是一樣的,不必分別通過不同計算.后來Bushell提出了解決的辦法,計算傾斜面上日出和日落時角公式改為ωss=min{ωsarccos(-aD)+arcsin(cD)ωsr=-min{ωs|-arccos(-aD)+arcsin(cD)|}(11)式中:a=sinδ(sinφcosβ-cosφsinβcosγ)b=cosδ(cosφcosβ+sinφsinβcosγ)c=cosδsinβsinγD=√b2+c2這樣,在β=0(即在水平面上,此時也有γ=0),由式(11)可得到ωsr=ωss=ωs=arccos(-tanδtanφ)代入式(11)即可得Rb=1,再代入式(2)得Η=Ηb+Ηd即為水平面上的太陽輻射量.在γ=0時,式(11)和(9)即分別退化,這就是朝向赤道傾斜面上的情況.根據(jù)以上公式可以編制計算程序,算出任意傾角下不同方位角傾斜面上的太陽輻射量.本文對一些地區(qū)在全年最佳傾角時,不同方位角的平均太陽日輻射量進(jìn)行了計算,其結(jié)果見表2.可見,朝向赤道(γ=0)時傾斜面上平均太陽日輻射量最大,隨著γ增大,HT逐漸減小.但下降幅度與緯度有關(guān),在緯度低的地區(qū)下降幅度較慢(如廣州γ從0增加到80°,HT只下降14%),而在緯度高的地區(qū)下降幅度較快(如哈爾濱同樣情況下要下降57%).所以在高緯度地區(qū)更應(yīng)注意盡量減小方位角.如由于條件限制,方位角γ無法改變,則可設(shè)法改變傾角β,以盡可能得到最大的輻射量,具體可由計算程序算出不同γ的全年最佳傾角.圖2顯示了一些地區(qū)γ與全年βopt的關(guān)系.結(jié)果顯示,γ在0°～90°,與全年βopt的關(guān)系曲線和太陽電池的I-V特性曲線形狀相似.由圖2可見,在傾斜面偏離赤道時,對不同方位角,只要選擇合適的傾角,可以使得平均日輻射量下降很少,這在低緯度區(qū)尤其明顯.在方位角為90°(即朝向正東或正西)時,最好還是水平放置.如果需要,還可由計算程序算出不同方位角時各月的最佳傾角及其平均日輻射量.3最佳傾角與當(dāng)?shù)刂苯虞椛淞康年P(guān)系(1)計算傾斜面上天空散射輻射量時應(yīng)采用各向異性模型.(2)在“冬半年”,可直接由數(shù)學(xué)表達(dá)式求出相應(yīng)于最大輻射量的最佳傾角.全年最佳傾角與當(dāng)?shù)刂苯?/p>